本發(fā)明涉及一種波導(dǎo)導(dǎo)模，具體涉及一種波導(dǎo)導(dǎo)模及其共振顆粒形成陣列的裝置和方法。

背景技術(shù)：

微結(jié)構(gòu)的加工，包括微米納米顆粒的自組裝排列等技術(shù)，往往依賴于高精密的加工設(shè)備，比如電子束刻蝕，光刻等技術(shù)，因此加工成本相對很高，很難實現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)，并且加工過程很長。

光鑷技術(shù)是美國科學(xué)家于1986年發(fā)明的。光鑷又稱為單光束梯度光阱。簡單而言，就是用一束高度匯聚的激光形成的三維勢阱來俘獲，操縱控制微小顆粒。自誕生以來，光鑷技術(shù)已經(jīng)在微米尺度量級顆粒的操縱控制，顆粒間的相互作用等方面的研究中發(fā)揮了重要作用。

目前的光鑷技術(shù)可以一次性實現(xiàn)數(shù)百個光學(xué)勢阱。即便這樣，利用光鑷技術(shù)一次性可以操控的顆粒也是有限的。要使用光鑷技術(shù)來實現(xiàn)亞微米顆粒的大面積排列的規(guī)則結(jié)構(gòu)還是不可行的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種同時捕獲溶液中大量顆粒，并且實現(xiàn)顆粒的周期性規(guī)則排列的波導(dǎo)導(dǎo)模及其共振顆粒形成陣列的裝置和方法。

為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種波導(dǎo)導(dǎo)模，設(shè)有前端金屬層和后端金屬層的玻璃空腔底部設(shè)有出液口，所述前端金屬層和后端金屬層相互平行，所述玻璃空腔內(nèi)容納帶顆粒的溶液。

上述顆粒的粒徑為微米級或納米級。

上述玻璃空腔的厚度為0.1-3毫米。

上述前端金屬層的厚度為30-40納米。

上述后端金屬層的厚度大于100納米。

上述前端金屬層和后端金屬層的金屬相同。

上述出液口接蠕動泵。

一種利用波導(dǎo)導(dǎo)模共振顆粒形成陣列的裝置，光源裝置將一定波長的入射光以一定入射角照射波導(dǎo)導(dǎo)模，反射光由光信號接收裝置接收；

所述光源裝置包括依次串聯(lián)的激光器、小孔光闌、偏振片、小孔光闌；

所述光信號接收裝置包括依次串聯(lián)的電腦和光電二極管，光電二極管接收反射光。

上述波導(dǎo)導(dǎo)模設(shè)置在由電機驅(qū)動的角度旋轉(zhuǎn)臺上。

一種利用波導(dǎo)導(dǎo)模共振顆粒形成陣列的方法，包括以下步驟：

S1、在玻璃空腔內(nèi)注入溶解顆粒的溶液；

S2、打開激光器，光線依次經(jīng)小孔光闌、偏振片、小孔光闌照射波導(dǎo)導(dǎo)模，反射光由光電二極管接收，并反饋至電腦；電腦通過反射光的強度監(jiān)控光反射率；

S3、調(diào)整參數(shù)，包括通過激光器調(diào)節(jié)入射光波長、通過偏振片調(diào)節(jié)偏振狀態(tài)、通過角度旋轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)入射角度，使得某一種偏振的導(dǎo)模激發(fā)，使得步驟S3中的反射率為0；

S4、保持步驟S3中的參數(shù)不變的情況下，用蠕動泵抽出玻璃空腔中的溶液至完全排空后；波導(dǎo)片放入烘箱內(nèi)烘干；

S5、在顯微鏡下觀察玻璃空腔兩內(nèi)側(cè)壁上的顆粒吸附情況，即為共振顆粒形成的一維周期性陣列結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的一種波導(dǎo)導(dǎo)模利用雙面包覆金屬層的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來激發(fā)導(dǎo)模中振蕩場分布的超高階導(dǎo)模，再利用蠕動泵來改變玻璃空腔中溶液的液面高度，隨著液面高度的連續(xù)降低，導(dǎo)模的耦合條件也會發(fā)生周期性變化，即光能會在完全耦合進導(dǎo)波層和完全反射這兩個狀態(tài)之間來回切換。

當(dāng)導(dǎo)模激發(fā)的時候，在液面上存在很強的場強分布，因此大量的顆粒被俘獲在液面的附近，而當(dāng)光能沒有耦合進波導(dǎo)的時候，在液面附近的顆粒數(shù)很少，因此在玻璃空腔的內(nèi)壁上留下了顆粒數(shù)高和顆粒數(shù)低的不同區(qū)域。

本發(fā)明的有益之處在于：

1、本發(fā)明的一種波導(dǎo)導(dǎo)模用光波導(dǎo)中的導(dǎo)模來代替?zhèn)鹘y(tǒng)光鑷效應(yīng)中的匯聚光束來實現(xiàn)對溶液中大量顆粒的同時捕獲，并且提供了一種利用波導(dǎo)導(dǎo)模在基片上實現(xiàn)顆粒的周期性規(guī)則排列的裝置和方法。

2、通過利用波導(dǎo)中的導(dǎo)模場來實現(xiàn)對液體中亞微米顆粒的大量、大面積的操控；通過改變?nèi)芤旱囊好娓叨龋瑏韺崿F(xiàn)對導(dǎo)模耦合效率的調(diào)制，即隨著液面高度持續(xù)降低，導(dǎo)模的耦合效率表現(xiàn)出周期性變化，因此在液面附近顆粒的俘獲效率也呈現(xiàn)周期性變化，最終在內(nèi)壁上留下周期性分布的顆粒自組裝結(jié)構(gòu)。這種周期性結(jié)構(gòu)可以用作光柵，或者用作拉曼檢測的基片等。

3、本發(fā)明的雙面金屬包覆的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)模激發(fā)條件與各種條件參數(shù)密切相關(guān)，包括入射光波長、入射角度、偏振狀態(tài)、以及波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過改變這些參數(shù)，可以實現(xiàn)對最終微結(jié)構(gòu)的調(diào)制。

本發(fā)明的一種波導(dǎo)導(dǎo)模及其共振顆粒形成陣列的裝置和方法，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，制成維護成本低，使用范圍廣，具有很強的實用性和廣泛的適用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種波導(dǎo)導(dǎo)模的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的一種波導(dǎo)導(dǎo)模共振顆粒形成陣列的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的實施例1烘干后的空腔玻璃內(nèi)壁的SEM電鏡圖。

圖4為無入射光照射下的玻璃空腔內(nèi)壁上的顆粒隨重力分布SEM電鏡圖。

圖5是在水平玻片上溶液烘干后形成的顆粒分布的SEM電鏡圖。

附圖中標(biāo)記的含義如下：1、前端金屬層，2、后端金屬層，3、玻璃空腔，4、出液口，5、液體，6、顆粒，7、激光器，8、小孔光闌，9、偏振片，10、導(dǎo)模，11、旋轉(zhuǎn)臺，12、蠕動泵，13、光電二極管，14、電腦。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。

一種波導(dǎo)導(dǎo)模，厚度為0.1-3毫米的玻璃空腔內(nèi)容納帶微米或納米級顆粒的溶液，設(shè)有30-40納米后的前端金層，和大于100納米厚度的后端金層，底部的出液口接蠕動泵。

前端金層和后端金層相互光學(xué)平行。

一種利用波導(dǎo)導(dǎo)模共振顆粒形成陣列的裝置，包括由依次串聯(lián)的激光器、小孔光闌、偏振片、小孔光闌組成的光源裝置，由電腦和光電二極管串聯(lián)組成的光信號接收裝置，和設(shè)置在由電機驅(qū)動的角度旋轉(zhuǎn)臺上的波導(dǎo)導(dǎo)模。

光源裝置將一定波長的入射光以一定入射角照射波導(dǎo)導(dǎo)模，反射光由光電二極管接收，電腦通過光電二極管監(jiān)控光的反射率。

一種利用波導(dǎo)導(dǎo)模共振顆粒形成陣列的方法，包括以下步驟：

S1、在玻璃空腔內(nèi)注入溶解微米顆粒的液體；

S2、打開激光器，光線依次經(jīng)小孔光闌、偏振片、小孔光闌照射波導(dǎo)導(dǎo)模的前端金層，反射光由光電二極管接收，并反饋至電腦；電腦通過反射光的強度監(jiān)控光反射率；

S3、調(diào)整參數(shù)，包括通過激光器調(diào)節(jié)入射光波長、通過偏振片調(diào)節(jié)偏振狀態(tài)、通過角度旋轉(zhuǎn)臺調(diào)節(jié)入射角度，使得導(dǎo)模激發(fā)，即步驟S3中的反射率為0；

S4、保持步驟S3中的參數(shù)不變的情況下，用蠕動泵抽出玻璃空腔中的溶液至完全排空后；波導(dǎo)片放入烘箱內(nèi)烘干；

S5、在顯微鏡下觀察玻璃空腔兩內(nèi)側(cè)壁上的顆粒吸附情況，即為共振顆粒形成的一維周期性陣列結(jié)構(gòu)。

實際使用時，可通過加入壓電陶瓷片，利用壓電效應(yīng)，在應(yīng)用的時候調(diào)整比如厚度，折射率等參數(shù)；或，因為波導(dǎo)是液芯波導(dǎo)，可選用不同的溶液，相當(dāng)于改變了導(dǎo)波層的折射率，達到調(diào)整導(dǎo)模的結(jié)構(gòu)參數(shù)的目的，同樣可使得導(dǎo)模激發(fā)，即步驟S3中的反射率為0。

實施例1

采用0.05克二氧化硅微球溶于50毫升無水酒精配置成溶液，在785nm激光照射下，采用上述裝置，依上述方法進行實驗。

實驗結(jié)束以后形成了如圖3所示的規(guī)則條紋分布，并且在沒有激光照射的條件下，觀察到圖4所示的條紋分布，

根據(jù)光鑷作用，光場對粒徑越小的顆粒束縛能力越強，因此本發(fā)明的波導(dǎo)導(dǎo)模對納米顆粒有著同樣的效果。

圖3為本發(fā)明的實施例1的烘干后的空腔玻璃內(nèi)壁的SEM電鏡圖，可見，顆粒成水平的條狀條紋堆積在玻璃空腔內(nèi)壁可以看到顆粒堆積，與理論預(yù)測一致，在放大圖中可見，在更大分辨率下的一顆顆球形顆粒成規(guī)則分布。由此證明了波導(dǎo)中激發(fā)的導(dǎo)模對大量的顆粒的束縛作用。

圖4是在重力作用下（無入射激光照射）的玻璃空腔內(nèi)壁上的顆粒分布SEM電鏡圖，可見，顆粒在重力作用下形成一些豎直條紋，但是沒有觀察到水平分布的規(guī)則條紋。

圖5是在水平玻片上滴上一滴溶液，烘干后形成的顆粒分布SEM電鏡圖。沒有看到任何條紋。

因此，本發(fā)明的一種波導(dǎo)導(dǎo)模及其共振顆粒形成陣列的裝置和方法，具有通過利用波導(dǎo)中的導(dǎo)模場來實現(xiàn)對液體中顆粒的大量、大面積的操控，實現(xiàn)對微結(jié)構(gòu)的調(diào)制的作用。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。